貼片保險絲在單節(jié)鋰電池中的應(yīng)用

2021-08-18 15:58:48 lipscall

      如今，手機、數(shù)碼相機（攝像機）、PDA、MP3/4…越來越多的產(chǎn)品采用鋰電池作為系統(tǒng)電路供電的電源。對電源的要求注重鋰電池體積要小，能量密度要高，并且無記憶效應(yīng)，還可循環(huán)多次使用等優(yōu)點。然而鋰電池爆炸事故近來也時有發(fā)生。

 

 

 

      所以對于鋰電池的安全性也越來越引起人們的重視。鋰電池保護板選擇合適的貼片保險絲也就顯得非常重要了。

 

      一.單節(jié)鋰電池的組成

 

      鋰電池主要由電芯和電池保護板組成（如圖2）   

 

      鋰電池保護板主要功能：（1）過度充電保護，（2）過度放電保護，（3）過電流/短路保護

 

      鋰電池保護板主要元器件：1，保護IC2，MOSFET3，SMDFUSE

 

      二.單節(jié)鋰電池保護板上保險絲的選擇

 

      1，封裝：根據(jù)客戶的線路板決定試用尺寸，一般用1206/0603尺寸。

 

      2，額定電壓：24V以上

 

      3，額定電流：一般采用5A（要考慮到保險絲在鋰電池保護板上是2次保護，所以

 

      要考慮到保護IC的保護延遲時間來確定保險絲的熔斷時間）

 

      4，冷電阻：15mΩ以下

 

      5，安規(guī)要求：UL認證

 

      6，符合RoHS要求和Halogen-Free要求   

 

      下面舉2個例子來說明保險絲的選擇。   

 

      舉例1：某單節(jié)鋰電池保護板電路圖如圖3，保護IC采用SII(精工)S8261ACJ，基本參數(shù)如圖4.采用的MOS管為BF9028DNJ/BF9028DNJ-A,部分參數(shù)如圖5. 

 

      貼片保險絲在單節(jié)鋰電池上的應(yīng)用

 

      A：保護電路工作正常。

 

      保護IC過電流保護原理：電流當放電電流過大或短路情況發(fā)生時,保護IC將激活過(短路)電流保護,此時過電流的檢測是將PowerMOS的Rds(on)當成感應(yīng)阻抗用以監(jiān)測其電壓的下降情形,若比所定的過電流檢測電壓還高則停止放電。

 

      根據(jù)公式‘V-(過電流檢測電壓)=I(放電電流)*Rds(on)*2’可以算出放電電流達到多少保護IC開始進行保護作用。（相關(guān)閱讀：PPTC在電子鞋柜的保護應(yīng)用）

 

      1：短路保護情況：

 

      當過電流檢測電壓0.9V，MOS管內(nèi)阻取最大值時候，可以檢測過電流將為最小值。算出此時過電流值為15A，此時保護IC保護延遲時間320us；

 

      當過電流檢測電壓1.5V，MOS管內(nèi)阻取最小值時候，可以檢測過電流將為最大值。

 

      算出此時過電流值為46.875A，此時保護IC保護延遲時間380us。

 

      結(jié)論1：需求保險絲在46.875A時候熔斷時間要大于380us，才能保證短路保護情況下保險絲不會先于保護IC熔斷。

 

      B：保護電路工作異常。 

 

 

      此時保護IC對短路不能起到保護作用，當負載出現(xiàn)短路時候需要保險絲快速熔斷。

 

      考慮因素如下：

 

      電芯電壓：3.8～4.2V

 

      電芯內(nèi)阻：<150mΩ

 

      保護板內(nèi)阻：MOS管內(nèi)阻＋保險絲內(nèi)阻（15mΩ）＋PCB板內(nèi)阻（10mΩ）

 

      短路負載內(nèi)阻：0～100mΩ

 

      要考慮保險絲的快速熔斷，所以就考慮短路電流的最小值，可以算出短路電流最小

 

    值11A。

 

      結(jié)論2：此要求保險絲在11A電流情況下快速熔斷。

 

      綜合A，B兩種情況，此保護板上選用SMD0603-F-5.0A可以滿足要求。

 

      舉例2：某鋰電池保護板上采用保護IC為MM3177，MOSFET為AO8810

 

      A：我們也可以用示波器測試其保護IC的短路保護延遲時間。(推薦閱讀：自恢復(fù)保險絲保護電子鎮(zhèn)流器的具體方案)

 

      短路情況：多次短路測試發(fā)現(xiàn)保護IC（MM3177）能很好的起到短路保護作用，短路延遲時間11.4ms。短路其短路電流情況如圖7（多次測試發(fā)現(xiàn)每次短路延遲時間變化微小，取其中較大的一次），此時測試到短路電流為16.4A。

 

 

 

      貼片保險絲在單節(jié)鋰電池上的應(yīng)用

 

      根據(jù)測試情況，此款電池保護板采用的保護IC（MM3177）在做輸出短路保護時候有一個保護延遲時間，從測試來看短路電流在15A~20A時候，MM3177的短路保護延遲時間為10ms~13ms。

 

      （1）測試SMD0603-B-5.0A保險絲在20A熔斷時間如下表1

 

 

 

 

 

      規(guī)格型號 SMD0603-B-5.0A 檢驗日期 2007-08-16

      熔斷時間測試（BXC-35A型保險絲測試儀，Tektronix DPO4032示波器）

      測試電流 時間/電流特性

      （20A） 55.2 ms 51.1 ms 57.1 ms 56.2 ms 61.4 ms

      56.4 ms 52.9 ms 60.8 ms 51.9 ms 56.7 ms

      表1

 

      （2）從測試數(shù)據(jù)來看SMD0603-B-5.0A在20A先熔斷時間大于保護ICMM3177同電流情況下保護延遲時間（11ms~13ms）。

 

      （3）此電池保護板（采用MM3177）上采用SMD0603-B-5.0A保險絲，能更好的起到保護作用。

 

      從實例1，2可以看出，單節(jié)鋰電池上選擇保險絲需要考慮到保護IC的短路保護時間。